Si laureò a Pisa nel 1861; l'anno seguente divenne aiuto dell'astronomo Giovan Battista Donati (1826-1873) e, nel 1864, professore all'Istituto Tecnico di Bologna. Nel 1873 divenne professore di Fisica nell'Università di Cagliari e, infine, nel 1881, successe al padre nella Cattedra di Fisica tecnologica dell'Università di Pisa. Il suo nome è conosciuto soprattutto per le sue ricerche nel campo delle dinamo e dei motori elettrici. Pacinotti propose infatti un indotto ad anello, munito di collettore, che divenne l'elemento fondamentale di moltissime macchine dinamoelettriche sviluppate qualche anno dopo dal belga Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) e utilizzate in ambito industriale.